摘要：隨著煤礦供電系統(tǒng)管、控一體化的發(fā)展需要，本文提出了一種基于礦井光纖網(wǎng)絡構(gòu)成的煤礦電參數(shù)計量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實現(xiàn)變電所各類開關、動力設備的用電高精度計量；遠程實時監(jiān)測各路電參數(shù)；遠程抄表；遠程監(jiān)控重點用電設備的運行狀況等功能，提高了煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平，推進了煤礦智能化進程。

關鍵詞：管、控一體化；高精度計量；遠程實時監(jiān)測；遠程抄表

       目前國內(nèi)有許多企業(yè)致力于煤礦電能監(jiān)控系統(tǒng)的研究和發(fā)展，目前來說大致可以分為兩類：有線傳輸方式、無線傳輸方式。

1.1井上變電所系統(tǒng)

      井上變電所電能抄表系統(tǒng)由于不涉及安全防爆和線路局限問題，現(xiàn)對較容易實現(xiàn)，常見有兩種組網(wǎng)方式：有線傳輸和無線傳輸兩種方式。有線傳輸由于受到線纜的限制在許多場合受到制約，無線傳輸是多數(shù)系統(tǒng)的推薦方式。

1.2井下變電所系統(tǒng)

井下變電所系統(tǒng)普遍存在距離分散，防爆要求高，通訊信號受局限，施工作業(yè)困難等現(xiàn)狀，致使電能監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方式較少，產(chǎn)品單一，目前主要有礦用隔爆型電度表箱構(gòu)成的電度計量方式。

 

2 傳統(tǒng)計量方式存在的問題

     目前我國煤礦生產(chǎn)用電的計量管理手段還不夠健全，很多煤礦電能計量還是采用傳統(tǒng)的機械式或電子式電能表計量，每天有專門人員按照統(tǒng)一格式定時抄寫各個線路和主要變電所電能數(shù)據(jù)，特別是在井下，電能的統(tǒng)計和分析管理更是滯后和繁瑣。

     許多煤礦目前這種粗略的計量造成很多問題。

     1)不能準確計量各用戶用電情況，有效控制成本，造成浪費。

     2)人工抄表需要的人員多，工作效率低。

     3)數(shù)據(jù)處理、報表打印工作量大，效率低、容易出錯。

     4)系統(tǒng)組成較為落后，設備過于分散且安裝不方便。

     5)設備落后，不能滿足目前煤礦數(shù)字化、信息化建設發(fā)展需求。

 

      目前各個煤礦內(nèi)部已經(jīng)具有覆蓋全礦井的工業(yè)光纖網(wǎng)絡。因此，借助于現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡，采用先進的智能電量測量技術、數(shù)據(jù)庫技術、光纖網(wǎng)絡通訊技術，對全礦用電設備用電量進行遠程集中監(jiān)測，實現(xiàn)變電所各類開關、動力設備的用電高精度計量；遠程實時監(jiān)測各路電參數(shù)；遠程抄表；遠程監(jiān)控重點用電設備的運行狀況；自動生成各種報表，所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享，使管理者可以詳細直觀的掌握整個供電工區(qū)的設備用電狀況、電力負荷分布等，為用電管理提供決策參考。電量數(shù)據(jù)通過內(nèi)部網(wǎng)絡實時發(fā)布，提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平，實現(xiàn)管、控一體化，推進煤礦智能化。圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡圖。

 

圖1為系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

 

 

4.1前端采集子系統(tǒng)

      多路電參數(shù)計量箱顯示箱作為各配電點的數(shù)據(jù)集中采集設備，內(nèi)部主要由嵌入式工控機、工業(yè)級開關電源、工業(yè)以太網(wǎng)交換機等組成。前門配有鍵盤式鼠標，windows CE7.0操作系統(tǒng)作為運行平臺，操作簡便。多路電參數(shù)計量箱顯示箱擔負著電量數(shù)據(jù)采集，就地集中顯示的重要任務，數(shù)據(jù)信號通過以太網(wǎng)接口輸出，向地面服務器發(fā)送實時采集數(shù)據(jù)。

4.2通信系統(tǒng)

      對于通信子系統(tǒng)來說，它就是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的信道。本系統(tǒng)充分利用煤礦現(xiàn)有的工業(yè)光纖網(wǎng)絡，對于光纖通信來說，具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠以及抗干擾性強等特點，無需重復敷設通訊線纜。

4.3中心處理子系統(tǒng)（數(shù)據(jù)服務器）

      中心處理子系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應的軟件構(gòu)成，是整個電能計量自動抄表系統(tǒng)的上層，所有支路的用電信息通過信道匯集到這里，管理人員利用軟件對數(shù)據(jù)進行匯總和分析，作出相應的用電管理決策。

4.4配套設施

      數(shù)據(jù)采集模塊：KBDX-3模塊是專門針對煤礦供電設備特點開發(fā)的一款智能型三相電參數(shù)綜合采集模塊——可準確測量并輸出多達數(shù)十種諸如三相電壓、三相電流、用電量等電力參數(shù)，是目前電測行業(yè)功能齊全的智能采集模塊。本系統(tǒng)采用KBDX-2模塊作為底層的數(shù)據(jù)信號采集設備。

 

 

      本計量系統(tǒng)的顯著特點：

     1）采用先進的智能電量測量技術、現(xiàn)場總線通訊技術、光纖網(wǎng)絡通訊技術、數(shù)據(jù)庫技術，對礦井用電設備進行遠程集中監(jiān)控，實現(xiàn)井下變電所各類開關、大型設備的用電高精度自動計量；遠程實時監(jiān)測井下各路電參數(shù)；遠程抄表；遠程監(jiān)控重點用電設備的運行狀況；自動生成各種報表，所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡共享，使管理者可以詳細直觀的掌握整個供電工區(qū)的設備用電狀況、電力負荷分布等，為用電管理提供決策參考。利用地面現(xiàn)有的辦公網(wǎng)絡，明顯提高煤炭生產(chǎn)用電管理自動化水平。

      2)采用工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)測監(jiān)控，可以通過圖、表、曲線等方式進行數(shù)據(jù)顯示及分析處理。軟件支持EXCEL（電子表格）數(shù)據(jù)報表輸出，利用EXCEL的強大數(shù)據(jù)報表處理功能，可快速處理每月的電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表輸出，免去繁瑣的下井抄表、數(shù)據(jù)手工輸入工作，顯著提高辦公效率。（并免除了人為抄表中存在的不確定因素）。

     3)井下計量箱一臺可替代多臺（3-32臺）老式隔爆型電度表箱，成倍的減小了設備在硐室的占地空間，而且和饋電開關之間不需要連接主回路電纜，大大節(jié)省設備聯(lián)接電纜投資的同時減少了電氣設備的失爆點和故障點。是老式隔爆型電度表箱的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

     4)采用自主研發(fā)的智能型電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊替代傳統(tǒng)的電度表，大大提高了采集精度（為0.2級）。

    5） 井下計量箱采用10.4英寸真彩寬屏工控機為設備提供信息查詢和參數(shù)設置，配有鼠標鍵盤，windows CE操作系統(tǒng)作為運行平臺，實現(xiàn)人機對話。

    6）可實時測量各支路的累計電量、三相電流、電壓的真有效值、功率、功率因數(shù)和峰值電流。

 

6.1概述

     用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內(nèi)容主要包括：先進的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

     安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

6.2應用場所

     （1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

     （2）商業(yè)建筑（商場、金融機構(gòu)建筑等）；

     （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

     （4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

     （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

     （6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

 

 

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1

      實時監(jiān)測系統(tǒng)人機界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關故障、告警等信號。

6.4.2電能統(tǒng)計報表

      系統(tǒng)以豐富的報表支撐計量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時可分析追溯，維護計量體系的正確性。

6.4.3詳細電參量查詢

       在配電一次圖中，當鼠標移動到每個回路附近時，鼠標指針變?yōu)槭中危髽藛螕艨刹榭丛摶芈吩敿氹妳⒘?，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時相電流趨勢曲線及24小時電壓趨勢曲線。

6.4.4運行報表

        系統(tǒng)具有實時電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲和管理功能，所有實時采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運行日報、月報，支持導出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導出PDF格式文件。

6.4.5變壓器運行監(jiān)視

        系統(tǒng)對配電系統(tǒng)總進線、主變壓器、重要負荷出線的運行狀態(tài)進行在線實時監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負荷率等運行趨勢，分析變壓器負荷率及損耗，方便運行維護人員及時掌握運行水平和用電需求，確保供電安全可靠。

6.4.6實時報警

       系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進行實時監(jiān)測，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)報警時自動彈出實時報警窗口，并發(fā)出聲音或語音提醒。

6.4.7歷史事件查詢

       系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測

       系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進行持續(xù)性的監(jiān)測，運行維護人員可以通過諧波分析棒圖、報表掌握進線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時采取相應的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測功能的電力儀表，不需要可刪除。

6.4.9遙控操作

       系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關、接地刀等進行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴格的密碼保護和操作權限管理功能，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時間、操作類型等。實現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機構(gòu)及保護保測控裝置具備遙控功能等硬件設備的支持。

6.4.10用戶權限管理

       系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

6.4.11通訊狀態(tài)圖

      系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。從而方便運行維護人員實時掌握現(xiàn)場各設備的通訊狀態(tài)，及時維護出現(xiàn)異常的設備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

6.4.12視頻監(jiān)控

      視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

6.4.13用戶報告

       用戶報告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個月的運行數(shù)據(jù)，對變壓器負荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報警事件等進行統(tǒng)計分析。

6.4.14 APP支持

      電力運維手機支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設備檔案"、“待辦事項"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報警查詢，設備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

 

6.5系統(tǒng)硬件配置清單

       基于礦井光纖網(wǎng)絡構(gòu)成的電能計量管理系統(tǒng)，能夠大大提高工作效率，免去了繁瑣的下井抄表工作，且計量準確可靠，顯著提高企業(yè)經(jīng)濟效益。實時采集的各項電參數(shù)信息，對數(shù)據(jù)進行集中存儲和統(tǒng)一分析，對于企業(yè)加強需求側(cè)管理、優(yōu)化用能改造也十分有益。

 

[1]任毅，鮑教明，任津.基于工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成的煤礦電參數(shù)計量及遠程抄表系統(tǒng)[J].科技    與展望.2015（19）

[2]史志紅，煤礦電能計量管理系統(tǒng)設計           

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊 2022.05版